سيستم جت 1
در موتورهای توربینی یک قسمت وجود دارد که به هوا شتاب داده و سپس سرعت آنرا کاهشمیدهد و با اینکار فشار و دمای گاز را افزایش میدهد. این هوا تا چهار بار ( بسته بهقدرت فشرده کننده ) فشرده تر شده و به محفظه احتراق وارد میشود. محفظه احتراق دارایگونه های مختلفی است (حلقوی ؛ لوله ای ؛ ...)؛ سپس سوخت به داخل محفظه احتراق تزریقمی شود و به صورت مداوم مشتعل می ماند یعنی در واقع این موتورها دارای احتراق مداوممی باشند. پس از مشتعل شدن سوخت با هوا فراورده ها افزایش حجم پیدا کرده و گاز هایخروجی با سرعتی خیلی بیشتر از حالت ورودی آنها محفظه احتراق را ترک می کنند ودرهمین جاست که تعدادی توربین قدرت قرار دارد و با جذب انرژی جنبشی آنها به حرکت درآمده و نیروی لازم برای قسمت فشرده کننده (کمپرسور) را فراهم میکند .
در موتورهای توربینی یک قسمت وجود دارد که به هوا شتاب داده و سپس سرعت آنرا کاهشمیدهد و با اینکار فشار و دمای گاز را افزایش میدهد. این هوا تا چهار بار ( بسته بهقدرت فشرده کننده ) فشرده تر شده و به محفظه احتراق وارد میشود. محفظه احتراق دارایگونه های مختلفی است (حلقوی ؛ لوله ای ؛ ...)؛ سپس سوخت به داخل محفظه احتراق تزریقمی شود و به صورت مداوم مشتعل می ماند یعنی در واقع این موتورها دارای احتراق مداوممی باشند. پس از مشتعل شدن سوخت با هوا فراورده ها افزایش حجم پیدا کرده و گاز هایخروجی با سرعتی خیلی بیشتر از حالت ورودی آنها محفظه احتراق را ترک می کنند ودرهمین جاست که تعدادی توربین قدرت قرار دارد و با جذب انرژی جنبشی آنها به حرکت درآمده و نیروی لازم برای قسمت فشرده کننده (کمپرسور) را فراهم میکند .
همه ی موتورهای جت یک قسمت ورودی برای آوردن هوای آزاد به داخل موتور دارند که ماآنرا "مجرای ورود" می نامیم. مجرای ورود قبل از کمپرسور قرار میگیرد و تاثیر بهسزایی در میزان تراست خالص موتور دارد. همانطور که در شکل زیر نشان داده شده مجرایورودی در شکلها و اندازه های مختلفی وجود دارد که هر کدام ویژگی خاصی با توجه بهموتور و سرعت هواپیما دارند.
ورودی SUBSONIC
برای هواپیماهایی که نمیتوانند از سرعت صوت فراتر بروند مانند هواپیماهای مسافربری بزرگ، یک ورودی کوتاه،ساده و مستقیم تقریبا خوب کار میکند. ظاهر این نوع ورودی از قسمت بیرونی تا قسمتداخلی همراه با ضخامتی منحنی شکل مسطح میباشد و قسمت هایی در جلویی ترین بخش ورودیکه دو منحنی داخلی و خارجی به یکدیگر متصل می شوند "لب یا لبه" ورودی نامیدهمیشوند. در یک هواپیمای ساب سونیک از ورودی با لبه ای نسبتا کلفت استفادهمیشود.
برای هواپیماهایی که نمیتوانند از سرعت صوت فراتر بروند مانند هواپیماهای مسافربری بزرگ، یک ورودی کوتاه،ساده و مستقیم تقریبا خوب کار میکند. ظاهر این نوع ورودی از قسمت بیرونی تا قسمتداخلی همراه با ضخامتی منحنی شکل مسطح میباشد و قسمت هایی در جلویی ترین بخش ورودیکه دو منحنی داخلی و خارجی به یکدیگر متصل می شوند "لب یا لبه" ورودی نامیدهمیشوند. در یک هواپیمای ساب سونیک از ورودی با لبه ای نسبتا کلفت استفادهمیشود.
ورودی SUPERSONIC
مجرایورود برای هواپیماهای سوپرسونیک از لبه ی نازک و تیزی برخوردار می باشد. این لبهبخاطر کاهش اتلاف، کارایی که از موج های ضربه ای (shock wave) در هنگام پروازسوپرسونیک حاصل میشود، تیز شده اند.برای یک هواپیمای سوپرسونیک ، مجرای ورودی بایدسرعت جریانهای هوا را قبل از ورود هوا به کمپرسور تا حد سرعت ساب سونیک کاهش دهد. بعضی از ورودی های سوپرسونیک مانند شکل بالا تصویر پایینی ، از یک مخروط مرکزی برایآوردن جریان هوا به سرعت ساب سونیک (shock down) استفاده میکنند.دیگر ورودی هامانند آنچه در شکل بالا، تصویر میانی نشان داده شده از صفحه های مسطح لولایی برایایجاد، متراکم سازی ارتعاشی که با داشتن شکل هندسی مستطیلی مقطع عرضی، نتیجه میشود،استفاده میکنند. این شکل تغییر پذیر مجرای ورودی در هواپیماهای جنگنده ی F-14 , F-15 استفاده شده است . بیشتر ورودی های دیگر در انواع شکلها به دلایل گوناگونی دربعضی هواپیماها مورد استفاده قرار میگیرد. ورودی هواپیمای SR-71 Blackbird به منظورگشت زنی در سرعتهای بالا به طور ویژه طراحی شده است.
مجرایورود برای هواپیماهای سوپرسونیک از لبه ی نازک و تیزی برخوردار می باشد. این لبهبخاطر کاهش اتلاف، کارایی که از موج های ضربه ای (shock wave) در هنگام پروازسوپرسونیک حاصل میشود، تیز شده اند.برای یک هواپیمای سوپرسونیک ، مجرای ورودی بایدسرعت جریانهای هوا را قبل از ورود هوا به کمپرسور تا حد سرعت ساب سونیک کاهش دهد. بعضی از ورودی های سوپرسونیک مانند شکل بالا تصویر پایینی ، از یک مخروط مرکزی برایآوردن جریان هوا به سرعت ساب سونیک (shock down) استفاده میکنند.دیگر ورودی هامانند آنچه در شکل بالا، تصویر میانی نشان داده شده از صفحه های مسطح لولایی برایایجاد، متراکم سازی ارتعاشی که با داشتن شکل هندسی مستطیلی مقطع عرضی، نتیجه میشود،استفاده میکنند. این شکل تغییر پذیر مجرای ورودی در هواپیماهای جنگنده ی F-14 , F-15 استفاده شده است . بیشتر ورودی های دیگر در انواع شکلها به دلایل گوناگونی دربعضی هواپیماها مورد استفاده قرار میگیرد. ورودی هواپیمای SR-71 Blackbird به منظورگشت زنی در سرعتهای بالا به طور ویژه طراحی شده است.
ورودی Hypersonic
در ورودیهواپیماهای هایپرسونیک امروزی نهایت طراحی به کار گرفته شده است. برای هواپیماهایرمجت مجرای ورودی باید سرعت بالای جریان هوا در سوزاننده های رمجت به شرایط سرعتساب سونیک بیاورد. با دمای ایستایی بالا در این سرعت ، شکل تغییر پذیر ورودینمیتواند انتخابی برای یک طراح ورودی باشد، برای اینکه ممکن است جریان هوا از میانلولاها سوراخ باز کند. برای هواپیماهای اسکرمجت گرمای محیط حتی خیلی بیشتر است چونسرعت پرواز آن بیشتر از رمجت است. ورودیهای اسکرمجت با بدنه ی هواپیما خیلی کاملشده و مجتمع هستند.در X-43A ورودی شامل تمام سطح زیرین از لبه ی بالایی قسمت جلویاین هواپیما میشود. سرعت جریان خروجی از مجرای ورود یک اسکرمجت باید به اندازه یسوپرسونیک باشد. به عبارت ساده تر جریان هوای هایپرسونیک که از ورودی یک اسکرمجتوارد میشود پس از گذشتن از مجرای ورودی باید به سرعت سوپرسونیک برسد.
کارایی مجرای ورود
یک ورودی هوا باید در کل زمان پرواز یکهواپیما به خوبی کنترل شود. در سرعت های خیلی پایین هواپیما یا زمان نشستن هواپیمابر روی باند پرواز هوای آزاد توسط کمپرسور به داخل موتور کشیده میشود. مجرای وروددر آمریکا و تابعین inlet نامیده شده و در انگلستان از واژه ی intake برای مجرایورود استفاده میشود که توضیح دقیق تری درباره ی کارکرد مجرای ورود در سرعت پایینمیدهد.
یک ورودی خوب هوا در سرعت های بالا اجازه ی مانور با زاویه ی حمله یبیشتر و یک ور شدن بدون منقطع کردن جریان به کمپرسور را میدهد. چون مجرای ورود درکل کارکرد هواپیما مهم بوده و تاثیر دارد معمولا توسط شرکتهای سازنده ی بدنه طراحیو تست میشود نه شرکتهای سازنده ی موتور. اما چون عملکرد مجرای ورود در بازده واجرای موتور نقش موثری دارد، همه ی سازندگان موتور متخصصان آیرودینامیک مجرای ورودرا نیز به کار میگیرند.
در ورودیهواپیماهای هایپرسونیک امروزی نهایت طراحی به کار گرفته شده است. برای هواپیماهایرمجت مجرای ورودی باید سرعت بالای جریان هوا در سوزاننده های رمجت به شرایط سرعتساب سونیک بیاورد. با دمای ایستایی بالا در این سرعت ، شکل تغییر پذیر ورودینمیتواند انتخابی برای یک طراح ورودی باشد، برای اینکه ممکن است جریان هوا از میانلولاها سوراخ باز کند. برای هواپیماهای اسکرمجت گرمای محیط حتی خیلی بیشتر است چونسرعت پرواز آن بیشتر از رمجت است. ورودیهای اسکرمجت با بدنه ی هواپیما خیلی کاملشده و مجتمع هستند.در X-43A ورودی شامل تمام سطح زیرین از لبه ی بالایی قسمت جلویاین هواپیما میشود. سرعت جریان خروجی از مجرای ورود یک اسکرمجت باید به اندازه یسوپرسونیک باشد. به عبارت ساده تر جریان هوای هایپرسونیک که از ورودی یک اسکرمجتوارد میشود پس از گذشتن از مجرای ورودی باید به سرعت سوپرسونیک برسد.
کارایی مجرای ورود
یک ورودی هوا باید در کل زمان پرواز یکهواپیما به خوبی کنترل شود. در سرعت های خیلی پایین هواپیما یا زمان نشستن هواپیمابر روی باند پرواز هوای آزاد توسط کمپرسور به داخل موتور کشیده میشود. مجرای وروددر آمریکا و تابعین inlet نامیده شده و در انگلستان از واژه ی intake برای مجرایورود استفاده میشود که توضیح دقیق تری درباره ی کارکرد مجرای ورود در سرعت پایینمیدهد.
یک ورودی خوب هوا در سرعت های بالا اجازه ی مانور با زاویه ی حمله یبیشتر و یک ور شدن بدون منقطع کردن جریان به کمپرسور را میدهد. چون مجرای ورود درکل کارکرد هواپیما مهم بوده و تاثیر دارد معمولا توسط شرکتهای سازنده ی بدنه طراحیو تست میشود نه شرکتهای سازنده ی موتور. اما چون عملکرد مجرای ورود در بازده واجرای موتور نقش موثری دارد، همه ی سازندگان موتور متخصصان آیرودینامیک مجرای ورودرا نیز به کار میگیرند.
همان طوری که میدانید بیشتر هواپیماهای مدرن مسافربری و جنگنده ازموتورهای توربین گازی که جت نامیده میشوند به عنوان پیشران استفاده میکنند و بیناین موتورهای توربین گازی تفاوت های زیادی وجود دارد ولی همه ی آنها قسمت هایمشترکی دارند که تا کنون چند واحد اصلی آنها را در مطالب قبلی معرفی کردم . همه یموتورهای توبین گازی یا همان جت یک نازل یا شیپوره دارند که با هدایت گازهای اگزوزبه عقب، به جریان آزاد، تراست تولید میکنند. مکان قرار گرفتن نازل در موتورهای جتبعد از توربین قدرت و چنانچه موتور دارای پس سوز باشد بعد از آن قرار میگیرد و درحالت کلی در انتهای موتور جایی که گازهای اگزوز به هوا برخورد میکنند قراردارد.
نازل یک دستگاه بسیار ساده است، تنها لوله ای است که شکل مخصوصیداده شده است و گازهای گرم درون آن جریان دارند.به هر حال ریاضیات است که نظر واستدلال دقیقی درباره ی عملکرد و شکل نازل میدهد تا بازده و عملکرد خوبی داشتهباشد.
همانطوریکه در شکلهای زیر میبینید نازل ها دارای گوناگونی شکلی و اندازهمیباشند که به کاربرد موتورها در هواپیماها بستگی دارند، مانند توربوجت و توبوپراپ. اغلب موتورها یک نازل ثابت همگرا (convergent) دارند که این مدل در سمت چپ شکل زیردیده میشود و بیشتر با نام axisymmetric شناخته شده است. این نازل مانند آنهایی کهدر زیر توضیح داده شده فقط در جهت محور موتور تراست تولید میکند و به همین خاطر axisymmetric نامیده شده است. موتورهای توربوفن اغلب از نازل co-annular که دربالای شکل زیر سمت چپ دیده میشود استفاده میکنند. جریان درونی موتور و گازهای داغاز خروجی میانی و جریان هوای فن از خروجی حلقه مانند خارج میشود. مخلوط این دوجریان باعث افزایش تراست میشود و همچنین باعث کم صدایی و تولید صدای کمتری نسبت بهنازل همگرا میشود.
همانطوریکه در شکلهای زیر میبینید نازل ها دارای گوناگونی شکلی و اندازهمیباشند که به کاربرد موتورها در هواپیماها بستگی دارند، مانند توربوجت و توبوپراپ. اغلب موتورها یک نازل ثابت همگرا (convergent) دارند که این مدل در سمت چپ شکل زیردیده میشود و بیشتر با نام axisymmetric شناخته شده است. این نازل مانند آنهایی کهدر زیر توضیح داده شده فقط در جهت محور موتور تراست تولید میکند و به همین خاطر axisymmetric نامیده شده است. موتورهای توربوفن اغلب از نازل co-annular که دربالای شکل زیر سمت چپ دیده میشود استفاده میکنند. جریان درونی موتور و گازهای داغاز خروجی میانی و جریان هوای فن از خروجی حلقه مانند خارج میشود. مخلوط این دوجریان باعث افزایش تراست میشود و همچنین باعث کم صدایی و تولید صدای کمتری نسبت بهنازل همگرا میشود.
توربوجت های پس سوز دار و توربوفن ها به شکلی از نازل همگرا-واگرا (CD) که تغییر پذیر باشد احتیاج دارند. نازل CD یا (convergent-divergent) در سمت چپ شکل نشان داده شده است.در این نازل جریان هوا ابتدا در باریکترین ناحیه که گلوگاه نامیده میشود به مرکز همگرا شده سپس در قسمت واگرا انبساط یافته و خارج میشود. شکل تغییر پذیر نازل باعث میشود که این نازل ها رفتار بیشتری نسبت به شکل ساده و ثابت نازل داشته باشند. اما شکل تغییر پذیر نازل زمانی کارآمد خواهد شد که در موتوری با جریان هوای عریض تر از موتوری با یک نازل ثابت معمولی استفاده شود. همچنین موتورهای راکتی از نازل برای سرعت دادن به گازهای خروجی و تولید تراست استفاده میکنند. موتورهای راکتی معمولا یک نازل ثابت CD دارند که قسمت واگرای آن بزرگتر از نوعی است که در موتورهای جت استفاده میشود
منبع : وبلاگ مقدمه اي بر علوم هوا و فضا (فرزاد رنجبر )
http://jet.blogfa.com/
منبع : وبلاگ مقدمه اي بر علوم هوا و فضا (فرزاد رنجبر )
http://jet.blogfa.com/
